CN206470378U - 机房电源监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机房电源监测装置，涉及电源监测装置技术领域。所述监测装置包括微处理器，霍尔传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于采集交流电源线的感应磁场信号；所述微处理器将获得的感应磁场信号进行处理和判断后，通过通信模块上传给管理终端；通信模块与所述微处理器双向连接，用于实现所述监测装置与管理终端之间的通信；人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入控制命令并显示所述监测装置输出的数据；声光报警模块用于在微处理器的控制下发出声光报警信号。所述监测装置采用霍尔传感器测量电流的感应磁场，间接获得电流的大小，测试动态范围大，测试设备与被测电路无关联、无接触，可以便携使用。

Description

机房电源监测装置

技术领域

本实用新型涉及电源监测装置技术领域，尤其涉及一种机房电源监测装置。

背景技术

随着计算机的发展和计算机技术在数据计算、电信、网络、军事、气象、金融等领域的广泛应用，计算机已经与人类的政治、经济、生活等各类活动紧密地联系在一起，为了给各类人员提供计算机使用环境，很多单位都建立了专用机房，机房的装机容量很大，有的还有多个机房同时运行。为了保持设备良好的运行状态，保持其正常的使用寿命，必须严格按照使用规程操作。在诸多注意事项中，电源管理是其中的关键因素之一。电源的正确使用、及时关闭，在节约能源、保证安全方面都有重要的意义。

目前，对大功率电源的监测、管理主要是通过电压表、电流表等传统仪表完成。用这些仪表测试，需要将其接入到电路中，这就要求仪表能适应大功率测试。由于仪表的动态范围有限，针对不同的功率进行测试，就需要配置不同的仪表。当遇到功率过载时，很可能造成仪表损坏。另一方面，测试仪表是固定接入到电路中的，不具备移动性，需要一处一表，同时还需要为期设置专门的测试及保护电路。第三，仪表在电路中，只要电源工作，仪表就始终保持工作状态，使用寿命受到影响，长期工作也会使测试精度发生变化。总之，传统的仪表接入测试电流，成本相对较高，使用寿命受限，不能实现便携测试，维护不方便。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种机房电源监测装置，所述监测装置采用霍尔传感器测量电流的感应磁场，间接获得电流的大小，测试动态范围大，测试设备与被测电路无关联、无接触，可以便携使用。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种机房电源监测装置，其特征在于：包括微处理器，霍尔传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于采集交流电源线的感应磁场信号；所述微处理器将获得的感应磁场信号进行处理和判断后，通过通信模块上传给管理终端；通信模块与所述微处理器双向连接，用于实现所述监测装置与管理终端之间的通信；人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入控制命令并显示所述监测装置输出的数据；声光报警模块与所述微处理器的信号输出端连接，用于在微处理器的控制下发出声光报警信号；电源模块与所述监测装置中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源。

进一步的技术方案在于：所述微处理器使用单片机。

进一步的技术方案在于：所述通信模块包括WIFI模块、蓝牙模块以及USB模块，所述WIFI模块和蓝牙模块通过无线网络与管理终端进行通信，USB模块通过USB传输线与管理终端进行通信。

进一步的技术方案在于：所述人机交互模块包括与所述微处理器双向连接的触摸屏。

进一步的技术方案在于：所述人机交互模块包括与所述微处理器的信号输入端连接的按键模块以及与所述微处理器的信号输出端连接的显示模块。

进一步的技术方案在于：所述声光报警模块包括与所述微处理器的信号输出端连接的发光二极管以及蜂鸣器。

进一步的技术方案在于：所述电源模块包括锂电池和电池电量检测电路，所述锂电池的电源输出端分为两路，一路与所述监测装置中需要供电的模块的电源输入端连接，另一路与所述电池电量检测电路的输入端连接，所述电池电量检测电路的输出端与所述微处理器的信号输入端连接。

进一步的技术方案在于：所述电池电量检测电路包括电阻R1，电阻R1的一端为锂电池的采样输入端，电阻R1的另一端分为三路，第一路经电容C1接地，第二路经电阻R2接地，第三路与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极分别与电阻R3以及电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与三极管Q2的发射极连接，电阻R3的另一端与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极依次经电阻R5以及发光二极管D1接地，三极管Q1与电阻R4的结点为所述电池电量检测电路的采样输出端，所述三极管Q2的发射极与所述电阻R4的结点为电源输入端。

进一步的技术方案在于：所述三极管Q1为NPN型三极管，三极管Q2为PNP型三极管。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1）采用霍尔传感器作为测试前端，进行非接入间接测量电流大小，避免了将所述监测装置接入运行电路，更具有通用性，同时避免了接入大电流、大电压电路带来的安全隐患。

2）采用锂电池供电，功耗低，体积小，便于携带，可以在固定的场所使用，也可以在外场移动环境中使用。

3）成本低廉，测试精度高。该装置所采用的器件都是通用产品，价格便宜，技术成熟，电路结构简单，容易实现电路的优化，测试精度有保证。

4）可靠性高、使用寿命长。该装置所需元件及电路技术成熟、性能稳定，没有使用稀缺、易损元件，可以长期使用。

5）测量速度快，工作效率高，动态范围大。霍尔传感器的反应时间在微妙级，可以迅速测量电流及其变化，测试效率很高，同时，灵敏度高，测量范围大。

6）可扩展性强。该装置具备蓝牙、WIFI和USB数据通信模块，可以多种方式实现与管理计算机的通信，还可以多个分布式使用，组网工作。

7）该装置具有通用性，可以根据监测任务的不同进行改造，拓展到其他领域的电源监测。

8）所述监测装置的电源模块中具有电池电量检测电路，可有效的监测锂电池的电量，提醒使用人员及时的进行充电，防止其在使用的过程中失效，提高所述监测装置运行的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型实施例所述监测装置的原理框图；

图2是本实用新型实施例中所述电池电量检测电路的原理图；

图3-4是本实用新型实施例所述监测装置的应用原理框图；

其中：1、本申请的电源监测装置2、电源线3、台式机电脑4、机房。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

对电源管理的监测，通过对电源输出电流的监测来实现。输出电压为交流220V，随着电源负荷的增大，即机房计算机开机数量的增加，直接体现在电源输出电流的变化。当机房计算机全部关闭，无人使用时，电源输出的电流达到最小值。当机房有计算机开机使用时，电源输出电流会随着开机数量的增加而增大。全部开机时，输出电流达到峰值。通过监测电源输出电流的情况就可以间接判断机房计算机使用状态。

本发明采用非接入方式监测电流，根据毕奥-萨法尔定律，载流导线周围的磁场与导线通过电流的大小和与导线的距离有关，表述为：

，为真空中磁导率，如果测试点相对位置固定，即R一定时，测试点的磁感应强度与导线电流强度I 成正比。利用这一规律，可以采取非接入的方式，通过测量导线周围固定位置的磁感应强度，实现对电源输出电流的监测。

将电流的测量问题转化为磁场的测试问题。磁场测量以霍尔（Hall）传感器作为测量前端。霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应制成的传感元件，传感器两端的霍尔电压与外部磁场的磁感应强度成正比：

K为材料的霍尔系数，在保持供电电流恒定的情况下，霍尔电压由外部磁场磁感应强度决定。联立上述两式，可以得到霍尔传感器的输出电压与电源输出电流的关系：

即可以得到电源输出电流的表达式：

通过该装置，可以随时对机房电源的负荷情况、计算机的使用情况进行监测、判断。例如，机房准备关闭时，可以通过该装置检查机房的计算机关闭情况，如果无人使用，电源输出电流达到最小值，说明机房计算机已全部关闭，可以放心的关闭总电源开关；但输出电流未达到最小值，说明有电脑未关闭，则不能直接关闭总电源，需要进行相应检查，继续通过对支路电源的电流检测，判断某一行、或某一列的电脑未关闭，为快速判断电源使用情况提供依据。

如图1所示，本实用新型实施例公开了一种机房电源监测装置，包括微处理器，霍尔传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于采集交流电源线的感应磁场信号；需要说明的是，装置固定在电源导线旁，相对位置保持固定，霍尔传感器作为测试前端接收导线电流的感应磁场信号，根据感应磁场磁感应强度的大小输出相应的霍尔电压，霍尔传感器采用恒流源供电，使霍尔电压与电流感应磁场成唯一的线性关系。

所述微处理器将获得的感应磁场信号进行处理和判断后，通过通信模块上传给管理终端；需要说明的是，霍尔传感器输出的电信号进入中央处理器进行采样、存储、分析、判断及通信，选单片机作为微处理器，装置工作可以通过终端监测，也可以独立托管工作。

通信模块与所述微处理器双向连接，用于实现所述监测装置与管理终端之间的通信；优选的，所述通信模块包括WIFI模块、蓝牙模块以及USB模块，所述WIFI模块和蓝牙模块通过无线网络与管理终端进行通信，USB模块通过USB传输线与管理终端进行通信。需要说明的是，无论那种工作模式，都可以通过蓝牙、WIFI 或者 USB与控制终端进行通信，上报测试数据信息，接收终端指令，终端可以是计算机、手机等典型设备，管理员通过终端直接获得电源的运行状态及机房计算机的使用情况。

人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入控制命令并显示所述监测装置输出的数据；所述人机交互模块的形式有两种，第一种：与所述微处理器双向连接的触摸屏。第二种：包括与所述微处理器的信号输入端连接的按键模块以及与所述微处理器的信号输出端连接的显示模块。具体使用哪一种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。声光报警模块与所述微处理器的信号输出端连接，用于在微处理器的控制下发出声光报警信号。优选的，所述声光报警模块包括与所述微处理器的信号输出端连接的发光二极管以及蜂鸣器。

需要说明的是，当不需要终端控制，采用托管模式时，所述监测装置的微处理器可以实现简单的自行判断、处理，并执行提醒，例如预设提醒时间、提醒阈值，自动判断电流大小，当满足预设条件时，由led 及蜂鸣器报警提醒。

电源模块与所述监测装置中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源。优选的，所述电源模块包括锂电池和电池电量检测电路，所述锂电池的电源输出端分为两路，一路与所述监测装置中需要供电的模块的电源输入端连接，另一路与所述电池电量检测电路的输入端连接，所述电池电量检测电路的输出端与所述微处理器的信号输入端连接。

进一步的，如图2所示，所述电池电量检测电路包括电阻R1，电阻R1的一端为锂电池的采样输入端，电阻R1的另一端分为三路，第一路经电容C1接地，第二路经电阻R2接地，第三路与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极分别与电阻R3以及电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与三极管Q2的发射极连接，电阻R3的另一端与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极依次经电阻R5以及发光二极管D1接地，三极管Q1与电阻R4的结点为所述电池电量检测电路的采样输出端，所述三极管Q2的发射极与所述电阻R4的结点为电源输入端。所述三极管Q1为NPN型三极管，三极管Q2为PNP型三极管。

图2中，Vbat为电池的输出电压，首先根据需要报警提示的电池门限值电压及三极管Q1的导通临界值电压选用电阻R1和电阻R2，例如：三极管Q1选用贴片三极管2N3905，电池为2节单体锂电池的串联，需要在锂电池电压降到5.5V(Vbat＝5.5V)时开始报警，而由于贴片三极管2N3905的导通临界值电压为0.5V(Vbe＝0.5V)，那么可以根据公式Vbat＝Vbe*(R1+R2)/R2确定第一电阻R1、第二电阻R2的大小。

三极管Q2的发射极接+5V电源，微控制器的一根通用接口线GPI01采样A点电平电压；在进行检测时，将GPI01初始化为输入状态，当电池电压高于门限值电压时，三极管Q1导通，继而三极管Q2导通，发光二极管D1点亮，表明此时锂电池电量正常，GPI01检测到低电平；当电池电压低于门限值电压时，三极管Q1截止，继而三极管Q2截止，发光二极管D1熄灭，GPI01检测到高电平，此时进入报警模式，接着，微控制器将GPI01设置为输出模式，输出高电平，三极管Q1保持截止，发光二极管D1保持熄灭状态，然后延时T1，令GPI01输出低电平，则三极管Q2导通，发光二极管D1点亮；再延时T2，设置GPI01为输入模式，重新检测，如此循环。如此，当锂电池电压低于门限值电压时，发光二极管D1呈现T1时间熄灭+T2时间点亮的周期性闪烁状态。电阻R3和电阻R5起限流作用，电阻R4为上拉电阻，电容C1起滤波作用。所述电池电量检测电路的结构简单、成本低，且具有报警指示灯，方便观察。

需要说明的是，设备第一次使用时，首先要设置初始值及典型值（进行标定）。由于各个装置安装环境和位置不同，装置自身没有设初始值，需要安装后进行初次测试并设置初始值，机房计算机都未启动时，测试并记录初始值。典型值主要是机房计算机运行的典型阶段的使用情况，在这些需要注意的阶段采集电流值保存为预制信息，作为判断的依据，比如开机达到某个数量的电流值、全部开机时的峰值等。

工作模式可以采用全程监测和定时监测。全程监测是在机房使用的全过程对电源电流进行测试、记录，终端可以随时获得监测的数据，电流信息可被作为运行数据长期保留。定时监测模式下，设备不需要全程开机，在需要了解掌握电源使用情况时，人工启动或自动启动设备，监测、判断该时刻的计算机使用情况，上报或直接报警提醒。

该装置使用时，可以将单个设备在机房总电源的输出线附近安装，进行监测，从总体上判断机房计算机的使用情况。如果成本允许，可以将多个设备分布在各支路电源线上组网使用，通过分布式网络判断的效率更高、更加准确，如图3所示。如果有多个机房需要管理时，也可以采取这种分布式监测管理，如图4所示。

所述监测装置具有以下优点：1）采用霍尔传感器作为测试前端，进行非接入间接测量电流大小，避免了将所述监测装置接入运行电路，更具有通用性，同时避免了接入大电流、大电压电路带来的安全隐患。

2）采用锂电池供电，功耗低，体积小，便于携带，可以在固定的场所使用，也可以在外场移动环境中使用。

3）成本低廉，测试精度高。该装置所采用的器件都是通用产品，价格便宜，技术成熟，电路结构简单，容易实现电路的优化，测试精度有保证。

4）可靠性高、使用寿命长。该装置所需元件及电路技术成熟、性能稳定，没有使用稀缺、易损元件，可以长期使用。

5）测量速度快，工作效率高，动态范围大。霍尔传感器的反应时间在微妙级，可以迅速测量电流及其变化，测试效率很高，同时，灵敏度高，测量范围大。

6）可扩展性强。该装置具备蓝牙、WIFI和USB数据通信模块，可以多种方式实现与管理计算机的通信，还可以多个分布式使用，组网工作。

7）该装置具有通用性，可以根据监测任务的不同进行改造，拓展到其他领域的电源监测。

8）所述监测装置的电源模块中具有电池电量检测电路，可有效的监测锂电池的电量，提醒使用人员及时的进行充电，防止其在使用的过程中失效，提高所述监测装置运行的稳定性。

Claims (9)

1.一种机房电源监测装置，其特征在于：包括微处理器，霍尔传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于采集交流电源线的感应磁场信号；所述微处理器将获得的感应磁场信号进行处理和判断后，通过通信模块上传给管理终端；通信模块与所述微处理器双向连接，用于实现所述监测装置与管理终端之间的通信；人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入控制命令并显示所述监测装置输出的数据；声光报警模块与所述微处理器的信号输出端连接，用于在微处理器的控制下发出声光报警信号；电源模块与所述监测装置中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源。

2.如权利要求1所述的机房电源监测装置，其特征在于：所述微处理器使用单片机。

3.如权利要求1所述的机房电源监测装置，其特征在于：所述通信模块包括WIFI模块、蓝牙模块以及USB模块，所述WIFI模块和蓝牙模块通过无线网络与管理终端进行通信，USB模块通过USB传输线与管理终端进行通信。

4.如权利要求1所述的机房电源监测装置，其特征在于：所述人机交互模块包括与所述微处理器双向连接的触摸屏。

5.如权利要求1所述的机房电源监测装置，其特征在于：所述人机交互模块包括与所述微处理器的信号输入端连接的按键模块以及与所述微处理器的信号输出端连接的显示模块。

6.如权利要求1所述的机房电源监测装置，其特征在于：所述声光报警模块包括与所述微处理器的信号输出端连接的发光二极管以及蜂鸣器。

7.如权利要求1所述的机房电源监测装置，其特征在于：所述电源模块包括锂电池和电池电量检测电路，所述锂电池的电源输出端分为两路，一路与所述监测装置中需要供电的模块的电源输入端连接，另一路与所述电池电量检测电路的输入端连接，所述电池电量检测电路的输出端与所述微处理器的信号输入端连接。

8.如权利要求7所述的机房电源监测装置，其特征在于：所述电池电量检测电路包括电阻R1，电阻R1的一端为锂电池的采样输入端，电阻R1的另一端分为三路，第一路经电容C1接地，第二路经电阻R2接地，第三路与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极分别与电阻R3以及电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与三极管Q2的发射极连接，电阻R3的另一端与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极依次经电阻R5以及发光二极管D1接地，三极管Q1与电阻R4的结点为所述电池电量检测电路的采样输出端，所述三极管Q2的发射极与所述电阻R4的结点为电源输入端。

9.如权利要求8所述的机房电源监测装置，其特征在于：所述三极管Q1为NPN型三极管，三极管Q2为PNP型三极管。